ES2686364T3 - Procedure and device for partial hardening of semi-finished products - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el endurecimiento parcial de un producto semiacabado que se compone de un acero endurecible en una herramienta, presentando el producto semiacabado la forma de sección transversal de un perfil abierto o cerrado y colocándose en la herramienta abierta, presentando el procedimiento las siguientes etapas: - calentar al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado hasta una temperatura por encima de la temperatura Ac1 del material del producto semiacabado, - colocar el producto semiacabado calentado al menos localmente en una herramienta, - cerrar la herramienta y aproximar al menos un elemento de enfriamiento de herramienta activo a al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado, - enfriar al menos la al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado con una tasa de enfriamiento definida, de modo que se genera una microestructura endurecida en las zonas enfriadas, caracterizado por que el producto semiacabado presenta al menos un canto y se endurece al menos en parte el radio de canto del al menos un canto del producto semiacabado.Procedure for the partial hardening of a semi-finished product consisting of a hardenable steel in a tool, the semi-finished product presenting the cross-sectional shape of an open or closed profile and being placed in the open tool, the procedure presenting the following steps: - heat at least one area to be hardened from the semi-finished product to a temperature above the temperature Ac1 of the semi-finished product material, - place the semi-finished product heated at least locally on a tool, - close the tool and approximate at least one element of active tool cooling to at least one zone to be hardened from the semi-finished product, - to cool at least one area to be hardened to the semi-finished product with a defined cooling rate, so that a hardened microstructure is generated in the cooled areas, characterized in that the semi-finished product presents the at least one edge and the edge radius of the at least one edge of the semi-finished product is hardened at least in part.
Description
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DESCRIPCIONDESCRIPTION
Procedimiento y dispositivo para el endurecimiento parcial de productos semiacabadosProcedure and device for partial hardening of semi-finished products
La invención se refiere a un procedimiento para el endurecimiento parcial de un producto semiacabado que se compone de un acero endurecible en una herramienta, en el que el producto semiacabado presenta la forma de sección transversal de un perfil abierto o cerrado, en el que el producto semiacabado se coloca en la herramienta abierta, presentando el procedimiento las siguientes etapas:The invention relates to a process for the partial hardening of a semi-finished product that is composed of a hardenable steel in a tool, in which the semi-finished product has the form of cross-section of an open or closed profile, in which the product Semi-finished is placed in the open tool, the procedure presenting the following steps:
- calentar al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado hasta una temperatura por encima de la temperatura Ac1 del material del producto semiacabado,- heating at least one area to be hardened from the semi-finished product to a temperature above the temperature Ac1 of the semi-finished product material,
- colocar el producto semiacabado calentado al menos localmente en una herramienta,- place the semi-finished product heated at least locally on a tool,
- cerrar la herramienta y aproximar al menos un elemento de enfriamiento de herramienta activo a al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado,- close the tool and bring at least one active tool cooling element to at least one area to be hardened from the semi-finished product,
- enfriar al menos la al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado con una tasa de enfriamiento definida, de modo que se genera una microestructura endurecida en las zonas enfriadas.- cooling the at least one area to be hardened of the semi-finished product with a defined cooling rate, so that a hardened microstructure is generated in the cooled areas.
Además, la invención se refiere a un dispositivo para endurecer un producto semiacabado, que presenta la forma de sección transversal de un perfil abierto o cerrado, con al menos dos mitades de herramienta, de modo que el producto semiacabado puede colocarse en la herramienta abierta, en el que está previsto al menos un elemento de enfriamiento de herramienta activo, que está dispuesto de manera móvil con respecto al producto semiacabado colocado y que presenta refrigerante, a través del que la al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado puede enfriarse con una tasa de enfriamiento definida, de modo que se genera una microestructura endurecida en las zonas enfriadas de manera definida.In addition, the invention relates to a device for hardening a semi-finished product, which has the shape of a cross-section of an open or closed profile, with at least two tool halves, so that the semi-finished product can be placed in the open tool, in which at least one active tool cooling element is provided, which is arranged in a mobile manner with respect to the semi-finished product placed and which has coolant, through which the at least one area to be hardened of the semi-finished product can be cooled with a defined cooling rate, so that a hardened microstructure is generated in the cooled areas in a defined manner.
Para proporcionar componentes diseñados conforme a la carga, es conocido producir productos semiacabados hechos a medida, los denominados "tailored blanks" con diferentes propiedades de materiales, que se componen de distintos materiales o grosores de material soldados entre sí, que garantizan las diferentes propiedades mecánicas. Además es conocido, como alternativa a esto, conseguir diferentes propiedades mecánicas mediante un cambio de microestructura. Para ello se usan materiales de acero endurecible, que se llevan parcialmente hasta una temperatura por encima de la temperatura Ac1 o del punto de temperatura Ac3 y a continuación se enfrían rápidamente, de modo que al menos en parte la microestructura austenítica que se encuentra por encima de la temperatura Ac1 o Ac3 se convierte en microestructura martensítica. Esta microestructura martensítica puede proporcionar entonces por ejemplo en aceros de manganeso-boro resistencias a la tracción de hasta 2000 MPa en estado endurecido.To provide components designed according to the load, it is known to produce bespoke semi-finished products, the so-called "tailored blanks" with different material properties, which are composed of different materials or material thicknesses welded together, which guarantee the different mechanical properties . It is also known, as an alternative to this, to achieve different mechanical properties through a microstructure change. For this purpose, hardenable steel materials are used, which are partially carried to a temperature above the temperature Ac1 or the temperature point Ac3 and then cooled rapidly, so that at least in part the austenitic microstructure that is above The Ac1 or Ac3 temperature becomes martensitic microstructure. This martensitic microstructure can then provide, for example, in manganese-boron steels tensile strengths of up to 2000 MPa in the hardened state.
Por la solicitud de patente japonesa JP 2002-020854 A se conoce por ejemplo un procedimiento para la fabricación de un cuerpo de metal moldeado, que se compone de dos perfiles distintos, componiéndose el componente de un primer y un segundo perfil, habiéndose sometido uno de los perfiles a un proceso de endurecimiento. El componente diseñado conforme a la carga así producido presenta sin embargo además un cordón de soldadura y, por lo tanto, para proporcionar distintas propiedades mecánicas en un componente, debe someterse además a una pluralidad de etapas de trabajo. La rentabilidad de la producción de componentes con propiedades mecánicas conforme a la carga, que proporcionan propiedades mecánicas mediante cambios de microestructura, puede mejorarse en este sentido.From Japanese patent application JP 2002-020854 A, for example, a process for the manufacture of a molded metal body is known, which is composed of two different profiles, the component of a first and a second profile being composed, one of which has been submitted Profiles to a hardening process. The component designed according to the load thus produced also has a welding bead and, therefore, to provide different mechanical properties in a component, it must also undergo a plurality of work steps. The profitability of the production of components with mechanical properties according to the load, which provide mechanical properties through microstructure changes, can be improved in this regard.
Por el estado de la técnica se conoce asimismo el documento WO 2011/026712 A2, que divulga un procedimiento y un dispositivo para el endurecimiento parcial de perfiles abiertos.From the prior art, WO 2011/026712 A2 is also known, which discloses a method and a device for partial hardening of open profiles.
Por lo tanto, es objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento económico para el endurecimiento parcial de productos semiacabados, que presentan la forma de sección transversal de un perfil abierto o cerrado, de modo que puede prescindirse de un endurecimiento completo del producto semiacabado o la previsión de una unión de soldadura para proporcionar diferentes propiedades mecánicas. Además, la presente invención se basa en el objetivo de proponer un dispositivo para la realización del procedimiento.Therefore, it is an object of the present invention to provide an economical process for the partial hardening of semi-finished products, which have the cross-sectional shape of an open or closed profile, so that a complete hardening of the semi-finished product or the forecast of a weld joint to provide different mechanical properties. In addition, the present invention is based on the objective of proposing a device for performing the procedure.
De acuerdo con una primera enseñanza de la presente invención, el objetivo indicado se consigue mediante un procedimiento para el endurecimiento parcial de un producto semiacabado, presentando el procedimiento las siguientes etapas:According to a first teaching of the present invention, the indicated objective is achieved by means of a process for the partial hardening of a semi-finished product, the procedure presenting the following steps:
- calentar al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado hasta una temperatura por encima de la temperatura Ac1 del material del producto semiacabado,- heating at least one area to be hardened from the semi-finished product to a temperature above the temperature Ac1 of the semi-finished product material,
- colocar el producto semiacabado calentado al menos localmente en una herramienta,- place the semi-finished product heated at least locally on a tool,
- cerrar la herramienta y aproximar al menos un elemento de enfriamiento de herramienta activo a al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado,- close the tool and bring at least one active tool cooling element to at least one area to be hardened from the semi-finished product,
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- enfriar al menos la al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado con una tasa de enfriamiento definida, de modo que se genera una microestructura endurecida en las zonas enfriadas.- cooling the at least one area to be hardened of the semi-finished product with a defined cooling rate, so that a hardened microstructure is generated in the cooled areas.
Se ha mostrado que un endurecimiento parcial de un producto semiacabado, que presenta una forma de sección transversal, que presenta la forma de un perfil abierto o cerrado, puede endurecerse de manera especialmente precisa y localizada en una herramienta mediante elementos de enfriamiento de herramienta activos. El cambio de microestructura se consigue mediante elementos de enfriamiento de herramienta activos que con el producto semiacabado colocado se aproximan a las zonas que van a endurecerse del producto semiacabado y así endurecen de manera al menos localmente delimitada el producto semiacabado. Es también concebible que el producto semiacabado se caliente completamente hasta una temperatura por encima del punto de temperatura Ac1 o Ac3. Mediante el enfriamiento posterior de las zonas que van a endurecerse con una tasa de enfriamiento definida, es decir, suficiente, para la generación de una microestructura endurecida, existe entonces en las zonas que van a endurecerse una microestructura martensítica al menos en parte, que lleva a un aumento claro de la resistencia del componente/producto semiacabado. Las tasas de enfriamiento que son necesarias para la generación de microestructuras endurecidas, dependen del material respectivo. A este respecto, por regla general existe un límite inferior para la tasa de enfriamiento, que debe mantenerse para la formación de la microestructura endurecida. Este límite inferior de la tasa de enfriamiento, por ejemplo, en el caso de un material de 22MnB5, asciende a 27 K/s. Mediante el procedimiento puede garantizarse en zonas delimitadas localmente, un endurecimiento, para proporcionar un producto semiacabado/componente diseñado conforme a la carga, que se empleará en particular en la construcción de automóviles.It has been shown that a partial hardening of a semi-finished product, which has a cross-sectional shape, which has the shape of an open or closed profile, can be hardened especially precisely and located in a tool by means of active tool cooling elements. The microstructure change is achieved by means of active tool cooling elements which, with the semi-finished product in place, approximate the areas to be hardened of the semi-finished product and thus harden the semi-finished product at least locally delimited. It is also conceivable that the semi-finished product is completely heated to a temperature above the temperature point Ac1 or Ac3. By subsequent cooling of the areas to be hardened with a defined cooling rate, that is, sufficient, for the generation of a hardened microstructure, there is then in the areas that are going to harden a martensitic microstructure at least in part, which leads to a clear increase in the resistance of the semi-finished component / product. The cooling rates that are necessary for the generation of hardened microstructures depend on the respective material. In this regard, as a rule there is a lower limit for the cooling rate, which must be maintained for the formation of the hardened microstructure. This lower limit of the cooling rate, for example, in the case of a 22MnB5 material, amounts to 27 K / s. Through the process, a hardening can be guaranteed in locally delimited areas to provide a semi-finished product / component designed according to the load, which will be used in particular in the construction of automobiles.
De acuerdo con la invención, el producto semiacabado que va a endurecerse parcialmente presenta al menos un canto, endureciéndose al menos en parte el radio de canto del al menos un canto del producto semiacabado. El radio de canto corresponde de acuerdo con la invención a la zona curvada del canto en perpendicular a la extensión del canto. El radio de canto se extiende en dirección radial preferentemente de manera simétrica a ambos lados del canto y en dirección axial a lo largo del canto. El radio de canto corresponde a la zona del canto del producto semiacabado, que se cubre por un círculo imaginario con un radio correspondiente, determinando la curvatura en el centro del canto el radio imaginario y el punto central del círculo imaginario. El endurecimiento del radio de canto de los cantos da como resultado en particular en el caso de componentes cargados axialmente, un potencial de aumento especial con respecto a la capacidad de absorción de energía en relación con el recorrido de deformación. Cuando el radio de canto se endurece solo en parte en el plano radial, puede ajustarse además la capacidad de absorción de energía. Un comportamiento de deformación definible de manera precisa, puede conseguirse además asimismo mediante el endurecimiento predeterminado de los cantos, es decir, mediante el porcentaje de microestructura endurecida en la microestructura completa. De manera especialmente preferente, el canto o los cantos están endurecidos a lo largo de toda su longitud.In accordance with the invention, the semi-finished product to be partially hardened has at least one edge, at least in part the edge radius of the at least one edge of the semi-finished product is hardened. The radius of song corresponds according to the invention to the curved area of the song perpendicular to the extent of the song. The edge radius extends radially preferably symmetrically on both sides of the edge and axially along the edge. The radius of song corresponds to the area of the song of the semi-finished product, which is covered by an imaginary circle with a corresponding radius, the imaginary radius and the central point of the imaginary circle determining the curvature in the center of the song. The hardening of the edge radius of the edges results in particular in the case of axially loaded components, a special increase potential with respect to the energy absorption capacity in relation to the deformation path. When the edge radius hardens only partly in the radial plane, the energy absorption capacity can also be adjusted. A precisely definable deformation behavior can also be achieved by predetermined hardening of the edges, that is, by the percentage of hardened microstructure in the entire microstructure. Especially preferably, the edge or the edges are hardened along their entire length.
De acuerdo con una primera configuración del procedimiento, la al menos una zona que va a endurecerse discurre al menos en parte axial y/o radialmente en el producto semiacabado y se endurece mediante al menos un elemento de enfriamiento de herramienta activo. Las zonas que van a endurecerse, que discurren axialmente, en un producto semiacabado, tienen la ventaja de que estas aumentan claramente la rigidez del producto semiacabado en dirección longitudinal. En particular, estas llevan, en el caso de componentes cargados axialmente, por ejemplo en el automóvil, a una clara mejora de la capacidad de absorción de energía en dirección axial. Las zonas endurecidas, que discurren radialmente, aumentan por el contrario la resistencia al pandeo del producto semiacabado en las zonas correspondientes. A través de los elementos de enfriamiento de herramienta activos pueden introducirse ambas zonas, tanto radial como axialmente con respecto a las zonas que van a endurecerse de manera muy precisa en el producto semiacabado y garantizarse el endurecimiento de estas zonas.According to a first configuration of the process, the at least one zone to be hardened runs at least partly axially and / or radially in the semi-finished product and is hardened by at least one active tool cooling element. The zones to be hardened, which run axially, in a semi-finished product, have the advantage that these clearly increase the stiffness of the semi-finished product in the longitudinal direction. In particular, these lead, in the case of axially loaded components, for example in the car, to a clear improvement of the energy absorption capacity in the axial direction. The hardened areas, which run radially, on the contrary increase the buckling resistance of the semi-finished product in the corresponding zones. Through the active tool cooling elements, both zones can be introduced, both radially and axially with respect to the zones that are to be hardened very precisely in the semi-finished product and the hardening of these zones is guaranteed.
De acuerdo con otra forma de realización del procedimiento, al menos un elemento de enfriamiento de herramienta activo se encuentra en contacto conductor del calor con la al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado y el endurecimiento de la zona que va a endurecerse del producto semiacabado tiene lugar al menos en parte mediante conducción de calor. Las zonas que van a endurecerse pueden delimitarse de este modo de manera muy precisa, no presentando por ejemplo las zonas restantes contacto alguno con el elemento de enfriamiento de herramienta activo y no pudiendo ajustarse ninguna microestructura martensítica o ninguna microestructura martensítica por completo.According to another embodiment of the process, at least one active tool cooling element is in conductive heat contact with the at least one zone to be hardened from the semi-finished product and the hardening of the area to be hardened from the semi-finished product takes place at least in part by heat conduction. The areas to be hardened can thus be delimited in a very precise manner, the remaining areas not for example being in contact with the active tool cooling element and no martensitic microstructure or any martensitic microstructure can be adjusted completely.
Preferentemente, de acuerdo con otra forma de realización, el calentamiento al menos local del producto semiacabado tiene lugar mediante el uso de flujo de corriente eléctrica y/o mediante inducción. Mediante flujo de corriente eléctrica, asimismo zonas muy limitadas localmente, pueden llevarse muy rápidamente hasta una temperatura elevada. Esto se cumple también para el calentamiento de las zonas mediante inducción, induciéndose en las zonas que van a endurecerse, que van a calentarse, del producto semiacabado corrientes de Foucault, que llevan asimismo a un calentamiento muy rápido de zonas delimitadas muy localmente del producto semiacabado. Como alternativa es también posible un calentamiento completo del producto semiacabado, por ejemplo en un horno, preferentemente en un horno de paso continuo.Preferably, according to another embodiment, the at least local heating of the semi-finished product takes place through the use of electric current flow and / or by induction. By means of electric current flow, also very limited areas locally, can be brought very quickly to an elevated temperature. This is also true for the heating of the zones by induction, inducing in the zones that are going to harden, which are going to be heated, of the semi-finished product Foucault currents, which also lead to very rapid heating of very locally delimited areas of the semi-finished product . Alternatively, a complete heating of the semi-finished product is also possible, for example in an oven, preferably in a continuous passage oven.
Componentes con alta capacidad de absorción de energía axial pueden proporcionarse porque de acuerdo con otra configuración el producto semiacabado presenta al menos en parte la forma de sección transversal de un perfilComponents with high axial energy absorption capacity can be provided because according to another configuration the semi-finished product has at least partly the cross-sectional shape of a profile
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poligonal cerrado y se endurece al menos en parte al menos uno de los cantos que discurren axialmente. El endurecimiento de los cantos tiene lugar a este respecto de nuevo mediante endurecimiento al menos en parte de los cantos de radio, tal como se define anteriormente.Closed polygonal and at least partially hardens at least one of the axially running edges. The hardening of the edges takes place in this respect again by hardening at least part of the radius edges, as defined above.
Además, puede ser ventajoso proporcionar distintas zonas endurecidas con diferentes resistencias. Esto puede conseguirse preferentemente porque al menos un elemento de enfriamiento de herramienta activo subdividido axial y/o radialmente en al menos dos segmentos endurece la zona que va a endurecerse. Por un lado, mediante la división del elemento de enfriamiento de herramienta activo en varios segmentos, puede endurecerse una conformación compleja del producto semiacabado con elementos de enfriamiento de herramienta activos sencillos. Por otro lado, un elemento de enfriamiento de herramienta activo subdividido en al menos dos segmentos permite que de acuerdo con otra configuración del procedimiento los diferentes segmentos del al menos un elemento de enfriamiento de herramienta activo enfríen las zonas correspondientes del producto semiacabado hasta diferentes temperaturas. Con ello puede generarse también un grado de dureza diferente de las zonas correspondientes a los segmentos del producto semiacabado. Con ello puede conseguirse una flexibilidad adicional en cuanto a un diseño conforme a la carga del producto semiacabado.In addition, it may be advantageous to provide different hardened areas with different resistances. This can preferably be achieved because at least one axially and / or radially subdivided active tool cooling element in at least two segments hardens the area to be hardened. On the one hand, by dividing the active tool cooling element into several segments, a complex conformation of the semi-finished product can be hardened with simple active tool cooling elements. On the other hand, an active tool cooling element subdivided into at least two segments allows different segments of the at least one active tool cooling element to cool the corresponding areas of the semi-finished product to different temperatures according to another configuration of the process. This can also generate a degree of hardness different from the areas corresponding to the segments of the semi-finished product. This allows additional flexibility in terms of a design according to the load of the semi-finished product.
Para permitir un comportamiento de enfriamiento especialmente controlado de las zonas del producto semiacabado que van a endurecerse, calentadas hasta por encima de la temperatura Ac- de acuerdo con otra configuración del procedimiento, las zonas que van a endurecerse del producto semiacabado se enfrían mediante contacto conductor del calor de la herramienta con zonas que limitan con las zonas que van a endurecerse del producto semiacabado con una tasa de enfriamiento definida, de modo que se genera una microestructura endurecida en las zonas que van a endurecerse del producto semiacabado. En otras palabras, de manera adyacente a las zonas que van a endurecerse se produce un contacto conductor del calor entre la herramienta y las zonas colindantes del producto semiacabado, de modo que a través de flujo térmico pueden enfriarse muy rápidamente también las zonas que van a endurecerse. La invención se aprovecha de que las piezas de acero presentan en general una conductividad térmica muy alta y con ello también mediante el contacto conductor del calor de zonas adyacentes de las zonas que van a endurecerse del producto semiacabado puede tener lugar un fuerte enfriamiento de las zonas que van a endurecerse. Para ello pueden usarse por ejemplo superficies activas enfriadas de la herramienta.In order to allow a specially controlled cooling behavior of the areas of the semi-finished product to be hardened, heated to above the Ac- temperature according to another configuration of the procedure, the areas that are to harden the semi-finished product are cooled by conductive contact. of the heat of the tool with zones that limit with the zones that are going to harden of the semi-finished product with a defined cooling rate, so that a hardened microstructure is generated in the zones that are going to harden of the semi-finished product. In other words, adjacent to the areas to be hardened, a conductive contact of heat occurs between the tool and the adjacent areas of the semi-finished product, so that the areas that are going to be cooled very quickly through thermal flow Harden. The invention takes advantage of the fact that the steel parts generally have a very high thermal conductivity and with this also by means of the heat-conducting contact of adjacent areas of the areas to be hardened from the semi-finished product, a strong cooling of the zones can take place. They will harden. For this purpose, for example, cooled active surfaces of the tool can be used.
Para favorecer el proceso de enfriamiento, puede atravesarse de manera acumulativa o alternativa la herramienta de acuerdo con otra configuración del procedimiento al menos en parte con un medio refrigerante, que se encuentra al menos en parte en contacto directo con el producto semiacabado o en contacto conductor del calor con el producto semiacabado, para enfriar el producto semiacabado. Preferentemente se produce un producto semiacabado con al menos una zona de canto endurecida para una estructura o carrocería de un automóvil. Este producto semiacabado puede emplearse por ejemplo de manera especialmente adecuada como perfil cargado por fuerza axialmente en una estructura de automóvil o carrocería. Presenta una capacidad de absorción de energía especialmente alta emparejada con un corto recorrido de deformación.In order to favor the cooling process, the tool can be cumulatively or alternatively traversed in accordance with another configuration of the process at least partly with a cooling medium, which is at least partly in direct contact with the semi-finished product or in conductive contact of heat with the semi-finished product, to cool the semi-finished product. Preferably, a semi-finished product is produced with at least one hardened edge area for a structure or body of a car. This semi-finished product can be used, for example, in a particularly suitable way as an axially loaded profile in a car or body structure. It has an especially high energy absorption capacity coupled with a short deformation path.
Preferentemente se endurece parcialmente un producto semiacabado de un acero de manganeso-boro, un acero de doble fase o un acero de austenita retenida (TRIP), siendo posibles en los productos de acero mencionados aumentos de resistencia especialmente adecuados.Preferably, a semi-finished product of a manganese boron steel, a double phase steel or a retained austenite steel (TRIP) is partially hardened, especially suitable strength increases being possible in the steel products mentioned.
De acuerdo con una segunda enseñanza de la presente invención, el objetivo indicado se consigue también mediante un dispositivo para endurecer un producto semiacabado que presenta la forma de sección transversal de un perfil abierto o cerrado porque está previsto al menos un elemento de enfriamiento de herramienta activo, que está dispuesto de manera móvil con respecto al producto semiacabado colocado y que presenta refrigerante, a través del que la al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado puede enfriarse con una tasa de enfriamiento definida o suficiente, de modo que se genera una microestructura endurecida en las zonas enfriadas de manera definida. Los elementos de enfriamiento de herramienta activos previstos en la herramienta para el endurecimiento de la al menos una zona que va a endurecerse del producto semiacabado permiten, después de colocar el producto semiacabado, una precisión de repetición muy precisa con respecto a las zonas que van a endurecerse.According to a second teaching of the present invention, the indicated objective is also achieved by means of a device for hardening a semi-finished product that has the shape of a cross section of an open or closed profile because at least one active tool cooling element is provided. , which is disposed in a mobile manner with respect to the semi-finished product placed and which has refrigerant, through which the at least one zone to be hardened of the semi-finished product can be cooled with a defined or sufficient cooling rate, so that it is generated a hardened microstructure in the chilled areas in a defined way. The active tool cooling elements provided in the tool for the hardening of the at least one area to be hardened of the semi-finished product allow, after placing the semi-finished product, a very precise repetition accuracy with respect to the areas that are going to Harden.
De acuerdo con la invención, el al menos un elemento de enfriamiento de herramienta activo presenta medios de guía para un medio refrigerante, que están formados por ejemplo como canales de refrigerante, a través de los que puede fluir un medio refrigerante en forma de fluido, tal como por ejemplo agua o un gas refrigerante. Mediante estos medios refrigerantes puede controlarse activamente la tasa de enfriamiento de las zonas de la herramienta que se encuentran en contacto con los elementos de enfriamiento de herramienta activos, por ejemplo mediante la temperatura respectiva de los medios refrigerantes.According to the invention, the at least one active tool cooling element has guiding means for a cooling medium, which are formed, for example, as refrigerant channels, through which a fluid cooling medium can flow, such as for example water or a refrigerant gas. By means of these cooling means, the cooling rate of the areas of the tool that are in contact with the active tool cooling elements can be actively controlled, for example by the respective temperature of the cooling means.
De acuerdo con una primera configuración del dispositivo, el al menos un elemento de enfriamiento de herramienta activo discurre al menos en parte axial y/o radialmente con respecto al producto semiacabado que va a endurecerse parcialmente. De manera opcional, el elemento de enfriamiento de herramienta activo está dividido en segmentos que discurren radial y/o axialmente, que permiten una mayor flexibilidad en la provisión de zonas que van a endurecerse en el producto semiacabado. Preferentemente está prevista una pluralidad de elementos de enfriamiento de herramienta activos, para producir las distintas zonas que van a endurecerse, en caso necesario, delAccording to a first configuration of the device, the at least one active tool cooling element runs at least axially and / or radially with respect to the semi-finished product to be partially hardened. Optionally, the active tool cooling element is divided into segments that run radially and / or axially, which allow greater flexibility in the provision of areas to be hardened in the semi-finished product. Preferably, a plurality of active tool cooling elements are provided, in order to produce the different areas that will be hardened, if necessary, of the
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producto semiacabado.semi-finished product
Si en el dispositivo están previstas superficies activas, que se encuentran al menos temporalmente en contacto conductor del calor zonas que limitan con las zonas que van a endurecerse del producto semiacabado, puede conseguirse que a través de flujo térmico se enfríen las zonas que van a endurecerse con una tasa de enfriamiento elevada y de este modo se consiga el cambio de microestructura deseado en la microestructura endurecida. Preferentemente, las superficies activas están dispuestas de manera móvil y, por ejemplo después de alcanzar la temperatura deseada por encima de la temperatura Ac1 o por encima de la temperatura Ac3 del material de las zonas que van a endurecerse pueden situarse junto a las zonas adyacentes del producto semiacabado, de modo que tiene lugar rápidamente el enfriamiento de las zonas que van a endurecerse.If active surfaces are provided in the device, which are at least temporarily in conductive heat contact areas that limit the areas to be hardened from the semi-finished product, it is possible to cool the areas to be hardened by thermal flow with a high cooling rate and thus the desired microstructure change in the hardened microstructure is achieved. Preferably, the active surfaces are arranged in a mobile manner and, for example after reaching the desired temperature above the Ac1 temperature or above the Ac3 temperature of the material of the areas to be hardened, they can be placed next to the adjacent areas of the semi-finished product, so that cooling of the areas to be hardened quickly takes place.
El enfriamiento de las zonas que van a endurecerse puede favorecerse de manera sencilla porque el dispositivo presenta medios, con los que un medio refrigerante puede conducirse al menos en parte en contacto directo o en contacto conductor del calor con el producto semiacabado que va a endurecerse a través del dispositivo. El medio refrigerante puede aumentar de este modo adicionalmente la tasa de enfriamiento de las zonas que van a endurecerse y con ello provocar el cambio de microestructura deseado en estas zonas.The cooling of the areas to be hardened can be favored simply because the device has means, with which a cooling medium can be conducted at least in direct contact or in heat conductive contact with the semi-finished product to be hardened. through the device The cooling medium can thus further increase the cooling rate of the areas to be hardened and thereby cause the desired microstructure change in these areas.
Además, la invención se explicará en detalle por medio de ejemplos de realización en relación con el dibujo. El dibujo muestra enFurthermore, the invention will be explained in detail by means of embodiments in relation to the drawing. The drawing shows in
la Figura 1a en una representación en perspectiva un dispositivo para el endurecimiento parcial de unFigure 1a in a perspective representation a device for partial hardening of a
producto semiacabado,semi-finished product,
la Figura 1 b el dispositivo de la Figura 1 a) en una vista frontal,Figure 1 b the device of Figure 1 a) in a front view,
la Figura 1cFigure 1c
el dispositivo de la Figura 1a) en una representación en perspectiva esquemática, reducida,the device of Figure 1a) in a schematic, reduced perspective representation,
la Figura 1d las Figuras 2a a d las Figuras 3 y 4Figure 1d Figures 2a to d Figures 3 and 4
el ejemplo de realización de la Figura 1c) en una vista frontal reducida,the exemplary embodiment of Figure 1c) in a reduced front view,
el ejemplo de realización de un dispositivo de la Figura 1 en estado cerrado,the exemplary embodiment of a device of Figure 1 in the closed state,
dos ejemplos de realización de un dispositivo para el endurecimiento parcial de un producto semiacabado en representación en perspectiva, esquemática,two embodiments of a device for the partial hardening of a semi-finished product in perspective, schematic representation,
la Figura 5Figure 5
la Figura 6Figure 6
la Figura 7Figure 7
la Figura 8Figure 8
el radio de canto que va a endurecerse de un producto semiacabado en una vista en corte esquemática,the radius of the edge that will be hardened from a semi-finished product in a schematic sectional view,
un ejemplo de realización de un producto semiacabado producido con el procedimiento en una representación en perspectiva,an exemplary embodiment of a semi-finished product produced with the process in a perspective representation,
en una vista lateral el comportamiento de deformación de productos semiacabados endurecidos parcialmente en comparación con productos semiacabados no endurecidos convencionales yin a side view the deformation behavior of partially hardened semi-finished products compared to conventional non-hardened semi-finished products and
en un diagrama el comportamiento de deformación por fuerza de los productos semiacabados representados en la Figura 6.in a diagram the force deformation behavior of the semi-finished products represented in Figure 6.
Las Figuras 1 y 2 muestran un procedimiento para el endurecimiento parcial de un producto semiacabado 1 en una herramienta 2, presentando el producto semiacabado la forma de sección transversal de un perfil cerrado. Las Figuras 1a, b, c y d muestran a este respecto la herramienta ligeramente abierta con producto semiacabado 1 colocado en representaciones esquemáticas, en perspectiva, diferentes en cada caso. En la herramienta abierta 2 se ha colocado el producto semiacabado 1. La herramienta 2 se compone a este respecto de al menos dos mitades de herramienta, que pueden moverse una con respecto a otra de modo que puede colocarse el producto semiacabado 1. El producto semiacabado 1 en sí se compone de un acero endurecible que al calentarse hasta por encima de la temperatura Ac1 del material forma una microestructura austenítica. A partir de la temperatura Ac3 del material existe entonces una microestructura completamente austenítica, que se enfría con una tasa de enfriamiento definida, microestructura endurecida, forma preferentemente una microestructura martensítica. La herramienta presenta además elementos de enfriamiento de herramienta activos 3, que se extienden axialmente a lo largo del producto semiacabado 1 en las zonas de canto correspondientes del producto semiacabado 1. La Figura 1b) muestra ahora una vista frontal esquemática de la herramienta 2 con los elementos de enfriamiento de herramienta activos 3, que, dado que la herramienta 2 está ligeramente abierta, no se apoyan contra el producto semiacabado 1. El producto semiacabado 1 presenta una evolución de sección transversal cónica, que puede apreciarse asimismo en las Figuras 1b y 1c.Figures 1 and 2 show a process for the partial hardening of a semi-finished product 1 in a tool 2, the semi-finished product presenting the cross-sectional shape of a closed profile. Figures 1a, b, c and d show in this respect the slightly open tool with semi-finished product 1 placed in schematic, perspective representations, different in each case. In the open tool 2 the semi-finished product 1 has been placed. The tool 2 is composed in this respect of at least two tool halves, which can be moved relative to each other so that the semi-finished product can be placed 1. The semi-finished product 1 itself consists of a hardenable steel that, when heated to above the Ac1 temperature of the material, forms an austenitic microstructure. From the Ac3 temperature of the material there is then a completely austenitic microstructure, which cools with a defined cooling rate, hardened microstructure, preferably forms a martensitic microstructure. The tool also has active tool cooling elements 3, which extend axially along the semi-finished product 1 in the corresponding edge areas of the semi-finished product 1. Figure 1b) now shows a schematic front view of the tool 2 with the active tool cooling elements 3, which, since the tool 2 is slightly open, do not rest against the semi-finished product 1. The semi-finished product 1 has a conical cross-sectional evolution, which can also be seen in Figures 1b and 1c .
Para aclarar la distancia de los elementos de enfriamiento de herramienta activos 3 con respecto al productoTo clarify the distance of active tool cooling elements 3 from the product
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semiacabado 1, en la Figura 1c está representado únicamente el producto semiacabado 1 y los elementos de enfriamiento de herramienta activos 3 que discurren en las zonas de canto. Los elementos de enfriamiento de herramienta activos 3 contienen medios de guía no representados para un medio refrigerante, es decir, por ejemplo, canales refrigerantes, a través de los que puede fluir el medio refrigerante de tipo fluido. Las zonas de canto del producto semiacabado 1, que están calentadas por ejemplo hasta una temperatura por encima del punto del punto de temperatura Ac1 del material del producto semiacabado, pueden enfriarse activamente a través de estos elementos de enfriamiento de herramienta 3. También en la Figura 1d está representado una vez más que los elementos de enfriamiento de herramienta activos durante la colocación del producto semiacabado 1 en la herramienta están distanciados en primer lugar. En la vista frontal esquemática, la Figura 1d, están representados únicamente los elementos de enfriamiento de herramienta activos 3 y el producto semiacabado 1. Tal como ya se ha descrito anteriormente, los elementos de enfriamiento de herramienta activos como refrigerante pueden presentar por ejemplo zonas que se encuentran en contacto conductor del calor con las zonas que van a endurecerse del producto semiacabado 1 y las del producto semiacabado pueden enfriarse al menos en parte mediante conducción de calor.semi-finished 1, only semi-finished product 1 and the active tool cooling elements 3 running in the edge areas are shown in Figure 1c. The active tool cooling elements 3 contain guide means not shown for a cooling medium, that is, for example, cooling channels, through which the fluid type cooling medium can flow. The edge areas of the semi-finished product 1, which are heated for example to a temperature above the point of the temperature point Ac1 of the semi-finished product material, can be actively cooled through these tool cooling elements 3. Also in the Figure 1d is shown once again that the tool cooling elements active during the placement of the semi-finished product 1 in the tool are spaced first. In the schematic front view, Figure 1d, only the active tool cooling elements 3 and the semi-finished product 1 are represented. As already described above, the active tool cooling elements as coolant can present, for example, areas that they are in conductive heat contact with the areas to be hardened of the semi-finished product 1 and those of the semi-finished product can be cooled at least in part by heat conduction.
La Figura 2a muestra ahora el ejemplo de realización de la Figura 1a en una representación esquemática, en perspectiva, en estado cerrado, estando aproximados los elementos de enfriamiento de herramienta activos 3 al producto semiacabado 1 y, en el presente caso, presentando contacto conductor del calor con el producto semiacabado 1. Las zonas de canto que discurren axialmente del producto semiacabado 1, que están calentadas hasta una temperatura de por encima del punto de temperatura Ac-i, preferentemente por encima del punto de temperatura Ac3 del material del producto semiacabado, se enfrían rápidamente ahora mediante los elementos de enfriamiento de herramienta activos 3, de modo que se ajusta una microestructura de dureza. Los elementos de enfriamiento de herramienta activos 3 representados en este caso solo esquemáticamente pueden proporcionar mediante el contacto conductor del calor localizado con el producto semiacabado 1 un endurecimiento localizado muy limitado de las zonas de canto del producto semiacabado 1. Tal como muestra la Figura 2b, la herramienta 2 presenta superficies activas adicionales 4, que presentan de manera adyacente a las zonas de canto un contacto con el producto semiacabado 1. Además existe la posibilidad después de calentar el producto semiacabado completo y ya mediante el comienzo del endurecimiento en la zona de canto, de aumentar aún más mediante los elementos de enfriamiento de herramienta activos 3 adicionalmente el proceso de enfriamiento definido mediante la conducción de un medio refrigerante a través de la abertura 6 del perfil cerrado 1. Mediante el medio refrigerante puede evacuarse por ejemplo directamente el calor procedente de la zona que va a endurecerse. Como medios refrigerantes se tienen en cuenta a este respecto tanto medios líquidos como medios gaseosos. En el caso de perfiles abiertos, puede proporcionarse una guía de medio refrigerante mediante una cavidad formada por la herramienta 2 y el producto semiacabado 1.Figure 2a now shows the embodiment of Figure 1a in a schematic representation, in perspective, in a closed state, the active tool cooling elements 3 being close to the semi-finished product 1 and, in the present case, presenting conductive contact of the heat with the semi-finished product 1. The axially running edge areas of the semi-finished product 1, which are heated to a temperature above the temperature point Ac-i, preferably above the temperature point Ac3 of the material of the semi-finished product, they are now rapidly cooled by the active tool cooling elements 3, so that a hardness microstructure is adjusted. The active tool cooling elements 3 represented in this case can only be schematically provided by the conductive contact of the heat located with the semi-finished product 1 a very limited localized hardening of the edge areas of the semi-finished product 1. As shown in Figure 2b, the tool 2 has additional active surfaces 4, which present adjacent to the singing areas a contact with the semi-finished product 1. In addition there is the possibility after heating the complete semi-finished product and already by starting the hardening in the singing area , to further increase the cooling process defined by conduction of a cooling medium through the opening 6 of the closed profile by means of the active tool cooling elements 3, by means of the cooling means, for example, the heat coming from can be directly evacuated of the area that will harden. As cooling media, both liquid and gaseous media are taken into account in this regard. In the case of open profiles, a cooling medium guide can be provided by a cavity formed by the tool 2 and the semi-finished product 1.
La Figura 3 muestra ahora en una representación esquemática en perspectiva una herramienta 2 para el endurecimiento parcial de un producto semiacabado 1, que presenta elementos de enfriamiento de herramienta activos 3 que discurren axialmente, que están subdivididos en dirección axial en dos segmentos 3a y 3b. Tanto los elementos de enfriamiento de herramienta activos 3 que discurren axialmente individuales como los segmentos de los elementos de enfriamiento de herramienta 3a y 3b pueden enfriar con diferente intensidad entre sí las zonas correspondientes del producto semiacabado 1, de modo que pueden conseguirse distintos grados de endurecimiento. Esto mismo se cumple también por ejemplo para el elemento de enfriamiento de herramienta activo 5 que discurre en dirección radial indicado en la Figura 4, que está dividido en segmentos radiales. Los elementos de enfriamiento de herramienta activos 3 están representados en la Figura 1 a la Figura 4 solo esquemáticamente y pueden provocar el endurecimiento del producto semiacabado.Figure 3 now shows in a schematic perspective view a tool 2 for the partial hardening of a semi-finished product 1, which has axially active active tool cooling elements 3, which are subdivided in axial direction into two segments 3a and 3b. Both the axially active individual tool cooling elements 3 running axially and the segments of the tool cooling elements 3a and 3b can cool the corresponding areas of the semi-finished product 1 with different intensity, so that different degrees of hardening can be achieved . The same is also true, for example, for the active tool cooling element 5 which runs in the radial direction indicated in Figure 4, which is divided into radial segments. The active tool cooling elements 3 are shown in Figure 1 to Figure 4 only schematically and can cause the semi-finished product to harden.
En la Figura 5 está representada esquemáticamente la zona de canto de un producto semiacabado. El radio de canto R corresponde al radio exterior del producto semiacabado 1 en el centro del canto. La zona cubierta del producto semiacabado por el radio R se define como canto que va a endurecerse, que se endurece a través del elemento de enfriamiento de herramienta activo 3 representado asimismo esquemáticamente.In Figure 5 the singing area of a semi-finished product is schematically represented. The edge radius R corresponds to the outer radius of the semi-finished product 1 in the center of the edge. The area covered by the semi-finished product by the radius R is defined as the edge to be hardened, which hardens through the active tool cooling element 3 also shown schematically.
La Figura 6 muestra ahora en una representación esquemática un producto semiacabado 1, que presenta cantos de radio endurecidos y tal como se indica en la Figura 8 se somete a un ensayo de deformación. Para ello se ejerce una fuerza F sobre la zona con forma cónica del producto semiacabado 1 en dirección axial.Figure 6 now shows in a schematic representation a semi-finished product 1, which has hardened radius edges and as indicated in Figure 8 is subjected to a deformation test. For this, a force F is exerted on the conical area of the semi-finished product 1 in the axial direction.
El resultado del ensayo de deformación lo muestra la Figura 7 en una comparación con un producto semiacabado convencional 1'. En el ensayo de deformación del producto semiacabado convencional 1 en la Figura 7a se aprecia claramente que el recorrido de deformación con una fuerza idéntica es mayor. El producto semiacabado de la Figura 7b muestra al igual que el producto semiacabado convencional, un comportamiento de deformación controlado con un recorrido de deformación claramente menor e igual energía de absorción absorbida. Mediante el endurecimiento de los cantos, es decir, de los cantos de radio a lo largo de la dirección axial, tiene lugar un refuerzo considerable del perfil producido. Esto se cumple también para perfiles abiertos de manera análoga.The result of the deformation test is shown in Figure 7 in a comparison with a conventional semi-finished product 1 '. In the deformation test of the conventional semi-finished product 1 in Figure 7a it is clearly seen that the deformation path with an identical force is greater. The semi-finished product of Figure 7b shows, like the conventional semi-finished product, a controlled deformation behavior with a clearly smaller deformation path and equal absorbed absorption energy. By hardening the edges, that is, the radius edges along the axial direction, considerable reinforcement of the profile produced takes place. This is also true for profiles open in an analogous way.
En la Figura 8 está representado el recorrido de deformación/diagrama de fuerzas, representando la superficie por debajo de las dos curvas en cada caso la energía absorbida. El producto semiacabado endurecido localmente en los cantos y producido con el procedimiento de acuerdo con la invención está representado en la curva discontinua A yThe deformation path / force diagram is shown in Figure 8, representing the surface below the two curves in each case the energy absorbed. The semi-finished product hardened locally in the edges and produced with the process according to the invention is represented in the discontinuous curve A and
presenta una absorción de energía claramente mayor en la zona inicial hasta que se produce la formación de pliegues. A partir de un recorrido de deformación de aproximadamente 75 mm, el comportamiento de deformación del producto semiacabado endurecido en las zonas de canto es prácticamente idéntico al del producto semiacabado convencional en la curva B. El recorrido de deformación termina sin embargo en los 240 mm calculados en 5 comparación con 310 mm en el producto semiacabado convencional.it presents a clearly greater energy absorption in the initial zone until the formation of folds occurs. From a deformation path of approximately 75 mm, the deformation behavior of the hardened semi-finished product in the edge areas is practically identical to that of the conventional semi-finished product in curve B. The deformation path however ends at the calculated 240 mm. in 5 comparison with 310 mm in the conventional semi-finished product.
Tal como puede apreciarse, con el procedimiento de acuerdo con la invención así como con el dispositivo de acuerdo con la invención puede proporcionarse un producto semiacabado que no puede producirse solo de manera económica, sino que también presenta propiedades de deformación ventajosas, de modo que el producto 10 semiacabado puede producirse para la provisión de por ejemplo piezas cargadas axialmente de una estructura o carrocería de un automóvil.As can be seen, a semi-finished product can be provided with the method according to the invention as well as with the device according to the invention, which can not only be produced economically, but also has advantageous deformation properties, so that the Semi-finished product 10 can be produced for the provision of for example axially loaded parts of a structure or body of a car.
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